寒区隧道温度场分析与冻害防控关键技术

本书系统、全面地介绍了寒区隧道温度场分析方法与冻害防控关键技术，全书共8章，首先，从寒区隧道定义与分布、冻害类型与特征、冻害后果以及所面临的科学问题和技术难点四个方面进行了概述；其次，从理论、现场测试、室内试验三个方面对寒区隧道的相关理论和技术进行介绍，具体包括寒区隧道冻害机理与基础理论、寒区隧道现场测试与试验技术、寒区隧道温度场与冻害室内模拟试验系统研发；再次，对寒区隧道的温度场时空演化和影响规律进行了分析，具体包括多场耦合模型的建立与验证、温度场纵横向演化规律、主控因素及其影响规律；然后，介绍了地下水对隧道温度场的影响及相应的新型防排水结构，并建立自由表面流模型分析了其过水能力；接着，对保温层、防寒保温门、中心深埋水沟、阳光棚等寒区隧道的抗防冻关键技术与参数设计进行了阐述和梳理；最后，以高纬度的京沈高铁同盛隧道和高海拔的西察高速关角山隧道为例，对隧道防寒保温与防排水方面的设计和施工进行了较为系统的介绍。

目录
第1章 寒区隧道工程概述 1
1.1 定义与分布 1
1.2 冻害类型与特征 5
1.3 冻害后果 8
1.4 科学问题与技术难点 9
1.5 本章小结 10
第2章 寒区隧道冻害机理与基础理论 11
2.1 寒区隧道冻害影响因素与分析 11
2.1.1 气象条件 11
2.1.2 水文条件 12
2.1.3 围岩条件 12
2.1.4 工程措施 12
2.1.5 其他因素 13
2.1.6 根本因素对比分析 13
2.2 温度场基本理论 14
2.2.1 基本方程 14
2.2.2 物性方程 22
2.2.3 定解条件 25
2.2.4 控制方程 27
2.2.5 数值解法 29
2.3 寒区隧道温度场研究成果 36
2.3.1 理论分析 36
2.3.2 现场监测 38
2.3.3 室内试验 39
2.3.4 数值仿真 41
2.4 本章小结 42
第3章 寒区隧道现场测试与试验技术 44
3.1 高纬度寒区隧道 44
3.1.1 工程概况 44
3.1.2 现场试验方案 46
3.1.3 试验数据分析 51
3.2 高海拔寒区隧道 69
3.2.1 工程概况 69
3.2.2 现场测试方案 77
3.2.3 测试数据分析 82
3.3 温度分布差异 93
3.4 本章小结 94
第4章 寒区隧道温度场与冻害室内模拟试验系统研发 95
4.1 寒区隧道温度场试验系统与试验研究 95
4.1.1 寒区隧道温度场试验系统 95
4.1.2 寒区隧道温度场试验研究 99
4.2 寒区隧道积水冻胀试验系统与试验研究 102
4.2.1 寒区隧道积水冻胀试验系统 102
4.2.2 衬砌背后积水冻胀试验研究 106
4.3 本章小结 124
第5章 寒区隧道温度场数值计算方法与规律分析 125
5.1 数值模型建立与验证 125
5.1.1 计算模型与参数 125
5.1.2 边界条件 126
5.1.3 初始地温场 126
5.1.4 数值模型验证 127
5.2 寒区隧道温度场时空分布规律 128
5.2.1 横向分布规律 128
5.2.2 纵向分布规律 131
5.3 寒区隧道温度场主控因素及其影响规律 133
5.3.1 气流因素对寒区隧道温度场的影响规律 133
5.3.2 围岩热物理参数对隧道温度场的影响规律 143
5.3.3 列车运营条件对隧道温度场的影响规律 148
5.4 本章小结 167
第6章 地下水对隧道温度场的影响及新型防排水结构 168
6.1 地下水对隧道温度场的影响 168
6.1.1 计算模型及初始温度场 168
6.1.2 中心排水沟水温影响因素分析 173
6.2 寒区隧道新型防排水结构 183
6.2.1 防排水结构介绍 183
6.2.2 防排水结构分析模型 185
6.2.3 防排水结构过水能力 188
6.3 本章小结 191
第7章 寒区隧道抗防冻关键设计参数与对策 192
7.1 保温层技术 192
7.2 防寒保温门技术 195
7.3 中心深埋水沟技术 196
7.4 地源热泵技术 200
7.5 阳光棚技术 202
7.5.1 数值计算模型 203
7.5.2 阳光棚作用效果 205
7.6 本章小结 209
第8章 典型寒区隧道冻害防控系统设计与施工 210
8.1 京沈高铁同盛隧道 210
8.1.1 隧道防寒排水设计关键技术 210
8.1.2 防寒排水现场施工技术 214
8.2 西察高速关角山隧道 219
8.2.1 隧道防排水设计关键技术 219
8.2.2 防排水系统施工技术 221
8.2.3 结构保温防冻设计 229
8.3 本章小结 230
参考文献 231